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Articles by Bennett B. Goldberg in JoVE
JoVE Bioengineering
Biomolecolare Detection impiega il sensore di immagine interferometrica riflettanza (IRIS)
1Department of Electrical and Computer Engineering, Boston University, 2Department of Biomedical Engineering, Boston University, 3Center for Advanced Genomics Technology, Boston University, 4Department of Medicine, Section of Infectious Diseases, Boston University School of Medicine, 5Department of Microbiology, Boston University School of Medicine, 6CNR (National Research Council), Istituto di Chimica del Riconoscimento Molecolare
Quantitativa, high-throughput in tempo reale, e l'etichetta-libero di rilevamento biomolecolare (DNA, proteine, ecc) su SiO
Other articles by Bennett B. Goldberg on PubMed
MRI Del Polmone Gas-spazio a Molto Basso-campo Utilizzando Hyperpolarized Gas Nobili
In hyperpolarized (HP) gas nobile imaging a risonanza magnetica, le polarizzazioni grande spin nucleare, circa 100.000 volte che normalmente ottenibile all'equilibrio termico, vengono creati in 3He e 129Xe. Il segnale di avanzata che i risultati può essere impiegato negli studi di MRI ad alta risoluzione di spazi vuoti come nei polmoni. In HP gas MRI il rapporto segnale-rumore (SNR) dipende soltanto debolmente sul campo magnetico statico (B(0)), rendendo molto basso-campo (VLF) MRI possibili; infatti, è possibile contemplare MRI portatile utilizzando elettromagneti leggero o magneti permanenti. Questo articolo rapporti le prime immagini di VLF Signor in vivo dei polmoni negli esseri umani e nei ratti, ottenuta presso un campo di solo 15 max (150 Gauss).
Conformazione Del DNA Su Superfici Misurate Da Society Di Fluorescenza
La conformazione delle molecole di DNA legato alla superficie di un microarray possa influenzare significativamente l'efficienza dell'ibridazione. Sebbene un certo numero di metodi è stato applicato per determinare la struttura dello strato del DNA, non sono molto sensibili alle variazioni di forma delle molecole di DNA. Qui descriviamo l'applicazione di una tecnica interferometrica microscopia di fluorescenza chiamato Society spettrale per la misura precisa della posizione media di un'etichetta fluorescente in un DNA di livello rispetto alla superficie e quindi determinare informazioni specifiche sulla conformazione delle molecole del DNA associato a superficie. Utilizzando la microscopia di fluorescenza spettrale Society, noi abbiamo stimato la forma di spirale single-stranded DNA, l'inclinazione media del DNA double-stranded di diverse lunghezze e la quantità di ibridazione. I dati forniscono importanti prove di concetto per la funzionalità del romanzo metodi analitici superficie ottiche di disposizione molecolare del DNA sulle superfici. La determinazione delle conformazioni del DNA su superfici e comportamento di ibridazione forniscono informazioni necessarie per spostare applicazioni interfacciale DNA in avanti e così l'impatto emergenti campi clinici e biotecnologici.
Screening Di Eccitoni in Singolo, Sospesi I Nanotubi Di Carbonio
Spettroscopia Raman risonante di nanotubi di carbonio single sospesi attraverso trincee Visualizza rosso-turni fino a 30 MeV delle energie transizione elettronica in funzione dell'ambiente circostante dielettrico. Sviluppiamo un semplice scalatura rapporto tra l'energia di legame dell'eccitone e funzione dielettrica esterna e quindi quantificare l'effetto dello screening. I nostri risultati implicano che le energie di interazione delle particelle sottostanti cambiano da centinaia di meV.
Diffrazione Delle Onde Evanescenti E Nanomeccanici Cilindrata Rilevazione
Rilevazione sensibile spostamento è emersa come una significativa sfida tecnologica in risonatori meccanici con dimensioni su scala nanometrica. Si propone un schema di rilevamento spostamento nanomeccanici romanzo basato sulla dispersione dei campi evanescente focalizzate. La sensibilità dell'approccio proposto è stata studiata utilizzando la teoria della diffrazione delle onde evanescenti. Diffrazione teoria risultati vengono confrontati con simulazioni numeriche.
Microscopia Spettrale Society for Imaging Assiale Basso Segnale Su Scala Nanometrica
Un'analisi teorica e numerica della microscopia spettrale Society (SSM) è presentata con l'obiettivo di espandere il Regno di applicazioni SSM. In particolare, questo lavoro è destinato a consentire imaging SSM in applicazioni di basso segnale come singola molecola studi. Viene presentato un modello elettromagnetico completo per SSM, consentendo forme arbitrarie del campo di eccitazione, Rilevazione ottica e risposta campione tensore. Un sistema SSM evanescently eccitato, analogo alla microscopia di riflessione interna totale, viene proposto e studiato attraverso simulazioni Monte Carlo. Localizzazione assiale su scala nanometrica per singolo emettitore oggetti è dimostrato, anche in ambienti di basso segnale. Le funzionalità di SSM in oggetti più generali di imaging sono considerate - in particolare, imaging distribuzioni fluoroforo arbitrario ed emettitore di due oggetti. Un metodo di trattamento dei dati è presentato che rende SSM robusto al rumore e le incertezze nell'inviluppo spettrale rilevato.
4Pi Microscopy Society Spettrale
Microscopia spettrale Society (SSM) si basa sull'insieme equilibrato di luce che viaggia due diversi percorsi da campione per il rilevatore, uno diretto e l'indiretto da un substrato riflettente. Gli effetti di interferenza spettrale risultante permettono la localizzazione assiale su scala nanometrica di emettitori isolati. Per produrre frange spettrale la differenza tra i due percorsi ottici deve essere significativa. Di conseguenza, per garantire che entrambi i contributi sono a fuoco, un obiettivo di basso--apertura numerica deve essere utilizzato, dando scarsa risoluzione laterale. Qui questa limitazione viene superata utilizzando un apparato 4Pi per produrre i due percorsi necessari al rivelatore. Lo strumento risultante generalizza sia SSM e 4Pi microscopia e permette una quantificazione di SSM risoluzione (piuttosto che precisione di localizzazione). In particolare, SSM è dimostrato di essere soggetti gli stessi vincoli di risoluzione di microscopia 4Pi.
Rilevamento Privo Di Etichetta E Dinamica Delle Interazioni Biomolecolari Per Le Applicazioni High-throughput Microarray
Monitoraggio diretto delle interazioni molecolari-associazione primarie senza la necessità di reagenti secondari marcatamente semplificherebbe ed espandere le applicazioni dei metodi di rilevazione di alto-rendimento privo di etichetta. Una semplice tecnica interferometrica è presentata che controlla la differenza di fase ottica derivanti da biomolecolare accumulato massa. Ad esempio, 50 punti per ciascuna delle quattro proteine consistente BSA, albumina sierica umana, rabbit IgG e proteina G sono stati monitorati in modo dinamico come hanno catturato gli anticorpi corrispondenti. Misure dinamiche sono state effettuate a 26 pg/mm(2) SD al posto e con una concentrazione di 19 ng/ml. Il metodo proposto è particolarmente rilevante per l'analisi di microarray della proteina perché è privo di etichetta, semplici, sensibili e facilmente scale di alto-rendimento.
Widefield Sottosuolo Microscopia Di Circuiti Integrati
Applichiamo l'apertura numerica aumentando lente tecnica a widefield sottosuolo imaging dei circuiti integrati al silicio. Dimostriamo risoluzioni laterale e longitudinale ben oltre i limiti dell'imaging convenzionale sul retro. Con un microscopio semplice widefield infrarossi (lambda(0) = 1.2 microm), dimostriamo una risoluzione spaziale laterale del microm 0,26 (0.22 lambda(0)) e una risoluzione longitudinale di 1,24 microm (1.03 lambda(0)) per l'imaging retro attraverso il substrato di silicio di un circuito integrato. Vi presentiamo un confronto risoluzione spaziale tra widefield e microscopia confocale, che sono essenziali nell'analisi del circuito integrato per l'emissione e la microscopia di eccitazione, rispettivamente.
Hyperspectral Fourier Transform Spectrometer Per Riflessione Spettroscopia E Microscopia Di Fluorescenza Spettrale Society
Un hyperspectral Fourier transform spectrometer è stato sviluppato per lo studio di materiale biologico associato a otticamente superfici riflettenti. Questo strumento ha due modalità di funzionamento: una modalità di riflessione di luce bianca e una fluorescenza spettrale Society. Con la capacità combinata, possono essere determinate informazioni circa la conformazione di un ensemble di biomolecole. Al meglio delle nostre conoscenze, la nostra è la prima segnalazione di questa riflessione di luce bianca ibrido, misura fluorescenza spettrale Society con qualsiasi tipo di dispositivo di imaging iperspettrale. La tecnica di misurazione è presentata insieme con una descrizione completa del sistema, tra cui proiezioni di prestazioni teoriche. Misurazioni di prova-di-principio di campioni artificiali sono mostrate, e i risultati sono discussi.
Imaging Cavità Risonante: Un Mezzo Verso La Rilevazione Della Proteina High-Throughput Privo Di Etichetta
La cavità risonante imaging biosensore (RCIB) è una tecnica ottica per il rilevamento di etichetta del interazioni molecolari associazione gratis in molti luoghi in parallelo che impiega una cavità risonante ottica ad alta sensibilità. Vicino infrarosso luce centrato a 1512,5 nm coppie risonante attraverso una cavità Fabry-Perot costruito da riflettori dielettrici (Si/SiO(2)), uno dei quali serve come superficie di associazione. Come la lunghezza d'onda è spazzata utilizzando un laser sintonizzabile, una fotocamera digitale infrarosso vicino monitora trasmittanza cavità a ogni pixel. Un cambiamento di lunghezza d'onda nella risposta della cavità ottica risonante locale indica associazione. Posizionamento della superficie sensibile per quanto riguarda il modello di onda stazionaria del campo elettrico all'interno della cavità controlla la sensibilità con cui viene rilevata la presenza di molecole associate. Intensità trasmessa a migliaia di sedi di pixel è registrato contemporaneamente in un 10 s, scansione di 5 nm. Un'installazione di prova di principio iniziale è stato costruito. Un campione è stato fabbricato con 25, 100-mamma caratteristiche ampio quadrati, ciascuno con una diversa densità di depressioni quadrati 1-mamma inciso 12 nm in superficie SiO(2). La profondità media di ogni regione acidato è stata trovata con la precisione di rms 0,05 nm. In un secondo test, avidina, legato in modo selettivo a biotina coniugato albumina di siero bovino, è stato rilevato.
Osservazione Diretta Della Conformazione Di Un Rivestimento Polimerico Con Implicazioni Nelle Applicazioni Di Microarray
La conformazione di un rivestimento polimerico tridimensionale (copoly(DMA-NAS-MAPS)) e immobilizzazione e l'ibridazione di filamenti di DNA sulla superficie rivestita del polimero sono indagati. Un cambiamento conformazionale, in particolare il gonfiore del polimero superficie adsorbito su idratazione, è quantificato in combinazione con l'applicazione di questo rivestimento polimerico per applicazioni del DNA microarray. Fluorescente contrassegnati brevi filamenti di DNA (23mers) legati covalentemente ai gruppi funzionali su polimero adsorbito vengono utilizzati come sonde per misurare il gonfiore del polimero. Una tecnica di microscopia di fluorescenza, spettrale Society fluorescenza microscopia (SSFM), è utilizzata per misurare direttamente la modifica della posizione assiale di fluorofori a causa di gonfiore con subnanometer precisione. Inoltre, caratteristiche di immobilizzazione del singolo filamento del DNA (ssDNA) e double stranded sonde di DNA (dsDNA), nonché l'ibridazione di ssDNA con destinazione trefoli sono stati studiati. I risultati mostrano che ssDNA ulteriormente dalla superficie è ibridato in modo più efficiente, che rafforza le precedente analisi di questo rivestimento polimerico come una semplice ma altamente efficiente e robusto DNA microarray chimica delle superfici.
Rappresentazioni Di Forma Chiusa Delle Componenti Del Campo Degli Emettitori Fluorescenti in Media a Più Livelli
Radiazione di dipolo in e vicino a planare media dielettrico stratificato è studiato teoricamente all'interno del contesto di microscopia di fluorescenza, come emettitori fluorescenti generalmente sono modellati da dipoli elettrici. Anche se sulle rappresentazioni delle componenti del campo degli emettitori fluorescenti in ambienti a più livelli nelle regioni vicino-lontano-campo e forma chiusa è posto l'accento principale di questo studio, il motivo sottostante è capire i limiti della microscopia di fluorescenza spettrale Society studiando l'orientamento del dipolo di fluorofori. Poiché calcoli accurati delle componenti del campo polarizzato arbitrariamente elettriche dipoli in ambienti a più livelli sono computazionalmente molto lunghi, è proposto un metodo per l'individuazione dei loro rappresentazioni di forma chiusa utilizzando le funzioni di Green potenziale forma chiusa precedentemente sviluppate per applicazioni a microonde. Il metodo viene verificato su geometrie tipiche utilizzate negli esperimenti di microscopia Society spettrale, dove su una lastra di SiO(2) sopra un substrato Si è posizionato un emettitore di dipolo. Oltre a facilitare il calcolo efficiente di campi vicino e intermedi di emettitori fluorescenti, funzioni di forma chiusa Green per campi sarebbero anche giocare un ruolo cruciale nello sviluppo efficaci e rigorosi computazionali analisi e progettazione strumenti per dispositivi ottici passivi quali antenne ottiche migliorando notevolmente il costo computazionale della soluzione numerica dell'equazione integrale.
Quantificazione Di DNA E Proteine Adsorbimento Di Spostamento Di Fase Ottica
Un vantaggio primario dei metodi di rilevamento privo di etichetta sopra le misurazioni fluorescente è la sua capacità di rilevazione quantitativa, poiché una misura assoluta del materiale adsorbita facilita la cinetica caratterizzazione delle interazioni biomolecolari. Tecniche interferometriche riguardano la fase ottica densità livello biomolecolare sulla superficie, ma il fattore di conversione non è stata in precedenza accuratamente determinato. Noi presentiamo un metodo di taratura per misure di spostamento di fase e applicarlo a associato a superficie albumina di siero bovino, immunoglobulina G e single-stranded DNA. Biomolecole con concentrazioni note disciolta in acqua senza sale sono stati avvistati con volumi precisi sulla superficie della matrice e all'evaporazione dell'acqua, una massa facilmente calcolata a sinistra. Utilizzando la nostra tecnica privo di etichetta, la massa calcolata del biolayer è stata confrontata con lo spessore misurato, e abbiamo osservato una dipendenza lineare sopra 4 ordini di grandezza. Abbiamo determinato che la conversione ampiamente accettata di 1 nm di spessore corrisponde a circa 1 ng/mm(2) densità superficiale tenuto abbastanza bene per queste sostanze e attraverso i nostri esperimenti può ora essere ulteriormente specificato per diversi tipi di biomolecole. Attraverso accurata calibrazione della dipendenza di spessore sulla densità della superficie, abbiamo stabilito una relazione che permette la determinazione precisa del numero assoluto di molecole per due differenti proteine e DNA single-stranded.
Sforzo Biassiale in Grafene Aderito a Depressioni Poco Profonde
Misurazioni sul grafene esfoliate sopra un substrato prepatterned con poco profonde depressioni dimostrano che grafene non rimane in piedi ma invece aderisce al substrato, nonostante lo sforzo biassiale indotto. Il ceppo è omogeneo sopra il fondo della depressione come determinato da misure Raman. Troviamo maggiore Raman turni e Gruneisen parametri di fononi sottostanti alla G e bande 2D sotto sforzo biassiale rispetto a quanto precedentemente indicato. Modellazione di interferenza è utilizzata per determinare la posizione verticale del grafene e per calcolare lo stack di substrato dielettrico ottimale per il massimo segnale Raman.
Privo Di Etichetta Multiplexed Rilevamento Virus Utilizzando Immagini Di Riflettanza Spettrale
Dimostriamo il rilevamento di virus intero e proteine virali con una nuova piattaforma senza etichetta basata sull'imaging di riflettanza spettrale. Interferometric Reflectance Imaging sensore (iride) ha dimostrato di essere capace di proteina sensibile e rilevazione del DNA in tempo reale e formato ad alta velocità. Virus della stomatite vescicolare (VSV) è stato utilizzato come destinazione per il rilevamento come è ben caratterizzato per composizione proteica e possono essere modificato a proteine espressa virale cappotto da altri agenti pericolosi, altamente patogeni per il rilevamento di surrogato pur rimanendo un agente di livello 2 di biosicurezza. Dimostriamo specifico rilevamento dei virions VSV intatto ottenuta con anticorpi immobilizzati superficie agendo come sonde cattura che è confermata mediante imaging in fluorescenza. Il limite di rilevazione è confermato fino a 3.5 × 10 (5) placca formando unità/mL (PFUs/mL). Per aumentare la specificità in uno scenario clinico, sia la glicoproteina esterna e proteine virali interne sono state rilevate simultaneamente con le stesse matrici anticorpo con detergente-perturbato VSV purificato e soluzioni lysate delle cellule infette. I nostri risultati mostrano rilevazione sensibile e specifico virus con un semplice chimica delle superfici e la preparazione del campione minimo su una piattaforma senza etichetta interferometrica quantitativa.
Trasferimento Di Grafene Monostrato CVD-coltivati Su Substrati Arbitrari
Tecniche di trasferimento riproducibile secco e umido sono stati sviluppati per migliorare il trasferimento di grafene monostrato di grandi superfici coltivate su lamine di rame da deposizione chimica da vapore (CVD). Le tecniche riportate qui permettono il trasferimento su tre diverse classi di substrati: substrati ricoperti di depressioni poco profonde, substrati forati e substrati piatti. Una tecnica di trasferimento secco romanzo fu usata per fare microchambers grafene-sigillato senza trapping liquido all'interno. La tecnica di trasferimento secco utilizza un telaio di polidimetilsilossano che si attacca alla poly(methyl methacrylate) filate sopra il film di grafene, e il grafene monostrato è stato trasferito su depressioni poco profonde con profondità di 300 nm. Il migliore trasferimento bagnato su substrati forati con fori di diametro 2,7 μm produce 98% di copertura dei fori coperti con film continuo, permettendo l'uso pronto di Raman spettroscopia e trasmissione microscopia elettronica studiare le proprietà intrinseche del grafene CVD-grown monostrato. Inoltre, monostrato grafene trasferito su substrati piatti ha meno crepe e rotture, così come più bassa resistenza foglio rispetto a precedenti tecniche di trasferimento. Film di grafene monostrato trasferito sul vetro aveva una resistenza al foglio ∼980 Ω/mq e una trasmittanza del 97,6%. Queste tecniche di trasferimento aprono possibilità per la fabbricazione di vari dispositivi di grafene con configurazioni uniche e prestazioni migliorate.
Singola Nanoparticella Rivelatori Per Applicazioni Biologiche
La ricerca sulle nanoparticelle è diventata sempre più importante nel contesto delle bioscienze e delle biotecnologie. Uso pratico di nanoparticelle in biologia ha significativamente avanzato la nostra comprensione dei processi biologici in nanoscala così come ha portato a molti applicazioni diagnostiche e terapeutiche di romanzo. Inoltre, le nanoparticelle sintetiche e naturali sono fonte di preoccupazione per i loro potenziali effetti avversi sulla salute umana. Sviluppo di strumenti di rilevamento e caratterizzazione romanzo per nanoparticelle avrà un impatto una vasta gamma di discipline nella ricerca biologica da nanomedicina di Nanotossicologia. In questo articolo discuteremo i recenti progressi e direzioni future nell'area della singola nanoparticella rivelatori con un'enfasi sulle loro applicazioni biologiche. Viene fornita una breve panoramica critica delle tecniche di rilevamento elettrico e meccanico e viene presentata una discussione più approfondita delle tecniche di rilevamento ottico privo di etichetta.
